Neue 3D-Druck-Materialien: Umfassender Review aktueller Fortschritte

3D-Druck schreitet in atemberaubendem Tempo voran, getrieben durch kontinuierliche Verbesserungen in Materialwissenschaft und Zertifizierungsstandards. Die Senvol Database berichtet, dass der Katalog additiver Fertigungsmaterialien (AM) von ca. 1.700 in 2019 auf 2.245 in 2020 anstieg – ein 30 % Sprung bei verfügbaren Optionen.

Medizinische und dentale Anwendungen

Im Healthcare ist 3D-Druck bereits essenziell für Produktion orthopädischer Implantate, chirurgischer Instrumente und Dentalgeräte. Die COVID-19-Pandemie beschleunigte Adoption, mit Rapid Fabrication von Testabstrichen, Gesichtsschilden und kritischer Ausrüstung.

Materialinnovation ist direkte Reaktion auf diese Demands. Evonik führte kürzlich das erste PEEK-basierte Filament ein, das ASTM F2026 erfüllt und 3D-gedruckte orthopädische und maxillofaziale Implantate ermöglicht. Gleichzeitig entwickelt Spaniens Andaltec Forschungszentrum antibakterielle und analgetische Filamente – PoliM3D – für FDM-Drucker, zielend auf Custom-Implantate und Prothesen.

Polnischer Hersteller Spectrum Filaments lancierte ABS Medical, ein Filament aus USP-zertifiziertem ABS-Granulat, das ISO 10993-1 und EU Food Contact Regulation No. 10/2011 erfüllt. Es ist für Lebensmittelkontakt zugelassen und geeignet für Reha-Supports und leichte Prothesen.

In der Zahnmedizin hängt der Trend zum Drucken kompletter Prothesen, Aligner und Brücken von biokompatiblen, langzeitstabilen Materialien ab. 3D Systems' NextDent® Denture 3D+ erhielt 2019 510(k) Clearance von der US FDA und matcht mechanische Eigenschaften konventioneller Prothesenbasen. Rapid Shapes Kollaboration mit VOCO produzierte die V-Print Familie dental-grade Harze, während Saremco Dental AG ein neues Photopolymerharz releaste, fähig Kronen, Inlays, Onlays und Veneers mit mechanischer Performance vergleichbar keramischer Restaurationen zu drucken.

Breite klinische Adoption hängt von fortgesetzter Verfügbarkeit biokompatibler, langlebiger und zertifizierter Materialien ab, die personalisierte und hochleistungsfähige Medizin- und Dentalprodukte ermöglichen.

Hochtemperatur-Materialien

Anwendungen, die bei erhöhten Temperaturen operieren, treiben Nachfrage nach hitzeresistenten AM-Materialien. Roboze und SABIC partnereten zur Produktion von EXTEM AMHH811F, einem amorphen thermoplastischen Polyimid-Filament mit Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 230 °C und Glasübergangstemperatur von 247 °C – dem höchsten berichteten Wert für jedes 3D-druckbare Material. Das Filament bietet auch exzellente flammhemmende Eigenschaften, Chemikalienresistenz und behält mechanische Festigkeit unter Hitze.

Essentiums High-Speed Extrusion (HSE) Plattform umfasst nun Hochtemperatur-Nylon, geeignet für Luftfahrt, Halbleiter und Öl-und-Gas-Komponenten wie Vorrichtungen, Fixaturen und Maschinenteile.

Aluminiumlegierungen für Metall-AM

Aluminium wird projiziert, das am schnellsten wachsende Metall-AM-Segment über das nächste Jahrzehnt zu bleiben, largely due to seiner Leichtbauweise und starken Performance. Eine 1,7 Mio. € Partnerschaft zwischen Oerlikon, Linde und der Technischen Universität München (TUM) entwickelt eine neue hochfeste Aluminiumlegierung, spezifisch engineered für additive Fertigung. Das Team tacklet Herausforderungen wie Verdampfungsverlust von Legierungselementen und Mikrorissbildung bei hohen Temperaturen, mit Ziel, robuste, leichte Teile für Luftfahrt und Automotive zu liefern.

Engineering-Firma EDAGs CustoMat_3D Projekt führte eine crash-proof Aluminiumlegierung für automotives Serienproduktion ein. Die Legierung liefert höhere Zugfestigkeit und Dehnung bei Bruch, was signifikante Gewichtsreduktion – bis zu 30 % – in kritischen Komponenten wie Radträgern und hochsteifen Radkasten-Elementen ermöglicht.

VELO3D releaste Aluminum F357, eine anodisierbare Legierung, zugeschnitten für Pulverbettfusion (PBF) Systeme, gaining traction in Luftfahrt und Automotive. Optomecs LENS Technologie bietet nun Aluminiumlegierungen für Direct Energy Deposition (DED), die hohe Depositionsraten, exzellente Oberflächenqualität und Dichte von ca. 99,9 % erreichen.

Zertifizierungs- und Charakterisierungsbemühungen

Materialzertifizierung bleibt kritisch für industrielle Adoption, um Konsistenz und Zuverlässigkeit von AM-Teilen zu gewährleisten. ULs jüngste Studie zu sicherheitskritischen Polymeren informierte Entwicklung eines Frameworks für Evaluierung flammhemmender ABS und PEI Filamente. Die Findings liefern foundational Guidelines für Zertifizierung von Polymeren für 3D-Druck.

Konsistente Materialqualität beginnt mit rigoroser Charakterisierung von Feedstock. Element, ein globaler Leader in Zertifizierung, enthüllte eine dedizierte AM-Pulver-Charakterisierungs-Facility, die chemische Kompositionsanalyse, Siebanalyse, Partikelgrößenverteilung, Fließratentests und mehr durchführt – garantierend, dass Pulver authentisch, rein und uniform sind.

Die sich entwickelnde 3D-Druck-Materiallandschaft

Tägliche Ankündigungen neuer Materialien, Partnerschaften und Standardsetzungsaktivitäten unterstreichen die Dynamik des AM-Sektors. Während Innovationen beschleunigen, wird das Spektrum verfügbarer Materialien breiter, was neue Anwendungen und Märkte über Industrien hinweg erschließt.

Um mehr über den Stand des 3D-Druck-Materialmarkts zu erfahren, checken Sie unseren neuesten Additive Manufacturing Landscape 2020 Report hier.